CN106132607B - 带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具中，在形成于以围绕轴线旋转的硬质合金为母材的工具主体的前端部的排屑槽的朝向工具旋转方向的壁面，由PCD烧结体构成的PCD层与母材一体被烧结而配设，在PCD层上形成有将该壁面作为前刀面的切削刃，在工具主体的前端部外周形成有与排屑槽的工具旋转方向后方相连的刃带部，并且切削刃形成于前刀面的工具主体前端侧的边棱部，在轴线方向上，从工具主体的前端侧观察时，PCD层的厚度被设在刃带部的宽度的1/3倍～1倍的范围。

Description

带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具
技术领域
本发明涉及一种在由聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond。以下，称作PCD。)烧结体构成的PCD层上形成有切削刃的钻头和立铣刀那样的带PCD烧结体的旋转切削工具。
本申请主张基于2014年3月28日于日本申请的专利申请2014-070336号、以及2015年3月20日于日本申请的专利申请2015-58616号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
例如，在对由CFRP(碳纤维增强树脂)构成的工件、由钛、铝或其合金板材层叠于CFRP的复合材料构成的工件进行钻孔加工的情况下，即使例如为硬质的硬质合金制钻头，也会提前产生磨损而达到寿命。于是，例如在专利文献1中提出有将PCD预烧结体保持在由硬质合金构成的保持体，并在超高压高温下进行烧结而制作具有PCD层的超硬质体，将该超硬质体安装于工具主体前端的同时形成排屑槽，从而制造出在上述PCD层上具有切削刃的钻头和立铣刀那样的旋转机械工具。
专利文献1：美国专利申请公开第2011/0176879号说明书
然而，在这种PCD层上形成有切削刃的旋转切削工具中，PCD烧结体耐磨性高，另一方面，由于韧性差而耐缺损性较低，因此，若切削刃的刀尖上的PCD层过厚，则容易产生缺损，甚至工具寿命会缩短。另一方面，若刀尖的PCD层过薄，则导致切削时磨损提前发展到由硬质合金构成的母材(保持体)，仍会导致工具寿命缩短。
并且，在PCD层的厚度不均匀的情况下，在PCD层较薄的部分，在硬质合金的母材与PCD层的边界会产生应力集中。因此，若切削时的负载作用于应力如上述那样集中的边界，则从该PCD层较薄的部分开始产生龟裂，因此仍有可能会导致PCD层的缺损。
发明内容
本发明是在这种背景下完成的，其目的在于提供一种在PCD层上形成有切削刃的钻头和立铣刀那样的带PCD烧结体的旋转切削工具，其能够抑制磨损的发展，并且能够充分地确保PCD层的耐缺损性，而且对由CFRP和其复合材料构成的工件也能够长时间进行稳定的切削加工。
在此，本发明的发明人利用切削刃形成于这种PCD层上的钻头和立铣刀，对由CFRP和其复合材料构成的工件在各种条件下进行了切削试验，结果得出如下见解：即该PCD层的耐缺损性受到其厚度和刃带部的宽度之比的影响，该韧带部以与上述排屑槽的工具旋转方向后方相连的方式形成于工具主体的前端部外周。认为这是因为利用由韧性比PCD烧结体高的硬质合金构成的母材来接受切削时PCD层上的切削刃在与工件接触时受到的冲击能，从而能够缓和对PCD层的负载。
于是，本发明是根据这种见解而完成的，第1发明为一种带PCD烧结体的旋转切削工具，其在将围绕轴线旋转的硬质合金作为母材的工具主体的前端部形成有排屑槽，在该排屑槽的朝向工具旋转方向的壁面，由PCD烧结体构成的PCD层与上述母材一体被烧结而配设，在该PCD层上形成有将上述壁面作为前刀面的切削刃，所述带PCD烧结体的旋转切削工具的特征在于，在上述工具主体的前端部外周形成有与上述排屑槽的工具旋转方向后方相连的刃带部，并且上述切削刃形成于上述前刀面的工具主体前端侧的边棱部，在上述轴线方向上，从上述工具主体的前端侧观察时，上述PCD层的厚度被设在上述刃带部的宽度的1/3倍～1倍的范围。
并且，本发明的第2发明为一种带PCD烧结体的旋转切削工具，其仍在将围绕轴线旋转的硬质合金作为母材的工具主体的前端部形成有排屑槽，在该排屑槽的朝向工具旋转方向的壁面，由PCD烧结体构成的PCD层与上述母材一体被烧结而配设，在该PCD层上形成有将上述壁面作为前刀面的切削刃，所述带PCD烧结体的旋转切削工具的特征在于，在上述工具主体的前端部外周形成有与上述排屑槽的工具旋转方向后方相连的刃带部，并且上述切削刃形成于上述前刀面的工具主体外周侧的边棱部，在相对于上述轴线的径向上，从上述工具主体的外周侧观察时，上述PCD层的厚度被设在上述刃带部的宽度的1/3倍～1倍的范围。
第1发明涉及在排屑槽的朝向工具旋转方向的壁面即前刀面的工具主体前端侧的边棱部形成有切削刃的钻头或立铣刀的底刃，并且第2发明涉及在该前刀面的工具主体外周侧的边棱部形成有切削刃的立铣刀的外周刃等。而且，根据本发明，上述PCD层的厚度被设在上述刃带部宽度的1/3倍～1倍的范围，且能够确保大致均一且充分必要的厚度，因此能防止磨损提前传递到母材，且能够抑制PCD层的缺损。
即，在这些第1发明、第2发明中，若PCD层的厚度小于刃带部宽度的1/3倍，则PCD层过薄而导致磨损提前传递到由硬质合金构成的母材，工具主体的磨损立刻加剧而导致工具寿命缩短。另一方面，若PCD层的厚度大于刃带部宽度的1倍，即导致超过刃带部的宽度，则无法缓和切削时因与工件接触时的冲击能而产生的负载，从而导致在PCD层上产生缺损。
另外，若上述PCD层的厚度在这种刃带部宽度的1/3倍～1倍的范围，则也可以沿切削刃增减上述PCD层的厚度，为了可靠地防止因上述应力集中而产生的缺损，上述聚晶金刚石层的厚度的最大值与最小值之差优选设在上述刃带部宽度的2/5倍以下的范围内。
并且，上述PCD层可以含有75～95vol％的金刚石，优选上述PCD层中的金刚石粒径为0.5～60μm。另外，上述聚晶金刚石层的努氏硬度也可以为35～44GPa。
如以上说明，根据本发明能够抑制磨损提前发展到由硬质合金构成的母材，且在形成有切削刃的PCD层上能够确保充分的耐缺损性，尤其能够对由CFRP和其复合材料构成的工件长时间进行稳定的切削加工。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的钻头的从轴线方向前端侧观察到的主视图。
图2是从图1中的箭头X方向观察的侧视图。
图3是表示本发明的第2实施方式的钻头的从轴线方向前端侧观察到的主视图。
图4是从图3中的箭头Y方向观察的侧视图。
图5是表示应用本发明的立铣刀的一例的从轴线方向前端侧观察到的主视图。
图6是从图5中的箭头Z方向观察的侧视图。
具体实施方式
图1及图2表示本发明的带PCD烧结体的旋转切削工具的第1实施方式的钻头。在本实施方式中，工具主体(钻头主体)1的外形呈以轴线O为中心的大致圆柱状，未图示的其后端部(图2中的上侧部分)被设为维持圆柱状的柄部，并且前端部(图2中的下侧部分)被设为切削刃部。钻头即本实施方式的带PCD烧结体的旋转切削工具中，上述柄部保持在机床的主轴上，并围绕轴线O沿钻头旋转方向T旋转，且向该轴线O方向前端侧被送出，从而通过上述切削刃部对例如由CFRP和其复合材料构成的工件进行钻孔加工。
在该切削刃部的外周形成有从工具主体1的前端向后端侧延伸的排屑槽2。在本实施方式中，两条排屑槽2关于轴线O对称地形成为随着朝向后端侧而围绕轴线O向钻头旋转方向T后方侧扭曲。另外，对这些排屑槽2的朝向工具旋转方向T的壁面来说，在其前端部配设有由PCD烧结体构成的PCD层3。与此相对，除了该PCD层3以外的部分的工具主体1通过由硬质合金构成的母材而形成，PCD层3与该母材被一体烧结。
在该PCD层3上，将上述两条排屑槽2的朝向工具旋转方向T的上述壁面分别作为前刀面4的切削刃5形成于该前刀面4的工具主体1前端侧的边棱部。即，本实施方式的带PCD烧结体的旋转切削工具为双刃螺旋钻头。并且，在工具主体1的前端面中与切削刃5的工具旋转方向T后方侧相连的部分被设为前端后刀面6。
另外，在上述切削刃部的外周，在圆周方向上以恒定的较短的宽度W7形成有刃带部7，该刃带部7以与排屑槽2的工具旋转方向T后方侧相连的方式与排屑槽2同样地扭曲。该刃带部7形成为其外周面位于以轴线O为中心的一个圆筒面上。并且，与刃带部7的工具旋转方向T后方侧相连的切削刃部的外周面被设为位于外径比该刃带部7所在的上述圆筒面稍微小的圆筒面上的外周后刀面(铲背面)8。换言之，刃带部7为与切削刃5的工具旋转方向T后方侧相连而形成的后刀面(包括外周后刀面8的面)上的不带后角的区域。
另一方面，在上述前端后刀面6中，与切削刃5的工具旋转方向T后方侧相连的部分被设为第1前端后刀面6A，并且与该第1前端后刀面6A的更靠工具旋转方向T后方侧相连的部分被设为后角比第1前端后刀面6A大的第2前端后刀面6B。在该第2前端后刀面6B上，开口有形成于工具主体1的冷却孔9。
并且，在本实施方式中，如图1所示，从轴线O方向前端侧观察时，切削刃5从其外周端向工具主体1的内周侧呈直线状延伸。并且，在该切削刃5的内周侧的轴线O附近形成有修磨刃5A，该修磨刃5A在工具主体1前端面的上述第2前端后刀面6B的工具旋转方向T后方侧形成有修磨面10，从而以与切削刃5呈直线状延伸的部分相接的方式呈凸曲线状且朝向轴线O侧。
另外，上述第1前端后刀面6A形成为从轴线O方向前端侧观察时的宽度在切削刃5呈直线状延伸的部分与刃带部7的宽度W7大致相等。另外，对于切削刃5，从上述轴线O的附近朝向外周端以朝向工具主体1的后方侧(后端部侧)的方式赋予前端角。
而且，在本实施方式中，在该轴线O方向上，从工具主体1的前端侧观察时，上述PCD层3的厚度(宽度)W3被设在上述刃带部7的宽度W7的1/3倍～1倍的范围。另外，在本实施方式中，如图1所示，在前端后刀面6(第1前端后刀面6A)露出的该PCD层3的厚度W3被设为刃带部7的宽度W7的大致1/2倍，并维持恒定的厚度W3沿切削刃5延伸。在此，PCD层3的厚度(宽度)W3是指沿切削刃5的棱线的厚度。并且，刃带部7的宽度W7是指刃带部7的最外周部的宽度。
并且，在前刀面4的前端侧配设有PCD层3，因此该PCD层3也在刃带部7的前端侧外周面的工具旋转方向T侧露出，在该刃带部7露出的PCD层3的厚度也与上述厚度W3相同而被设在刃带部7的宽度W7的1/3倍～1倍的范围，在本实施方式中被设为宽度W7的大致1/2倍。另外，如此露出的PCD层3的表面形成为分别与刃带部7的外周面、第1前端后刀面6A和成为前刀面4的排屑槽2前端的朝向工具旋转方向T的上述壁面无高度差且光滑地连接成同一面。
这种带PCD烧结体的旋转切削工具(钻头)例如能够以与专利文献1中所记载的相同的方式如下制造：在由预烧结的硬质合金母材构成的基底金属的配设PCD层3的部分形成狭缝而填充金刚石粉末或金刚石和成为粘合剂的钴等的混合粉末，通过在超高压高温下对其进行烧结处理而制造带PCD烧结体的圆板状复合烧结体(坯件)，并在将该复合烧结体以同轴钎焊于圆柱状硬质合金制的基底金属前端之后，以PCD层3按规定的上述厚度W3露出的方式通过磨削加工而成型包括前端后刀面6和刃带部7及外周后刀面8和前刀面4在内的排屑槽2，并将切削刃5进行磨砺。
如此制造的上述结构的带PCD烧结体的旋转切削工具中，PCD层3的厚度W3被设在刃带部7的宽度W7的1/3倍～1倍的范围，在PCD层3上能够确保大致均匀且充分必要的厚度W3。因此，对由CFRP构成的工件、及由钛、铝或它们的合金的板材层叠于CFRP上的复合材料构成的工件进行钻孔加工的情况下，也能够防止因这种工件的切削而产生的磨损提前传递到母材即硬质合金，另一方面，能够抑制由于因与工件的接触而产生的冲击能在PCD层3上产生缺损。
在此，若该PCD层3的厚度W3小于刃带部7的宽度W7的1/3倍，则如后述实施例中所证实，导致磨损提前传递到由硬质合金构成的工具主体1的母材，由此母材的磨损立刻加剧而导致工具寿命缩短。另一方面，若PCD层3的厚度W3大于刃带部7的宽度W7的1倍，则无法通过韧性较高的硬质合金母材吸收并缓和切削时因与工件接触时的冲击能而产生的负载，导致这种负载直接作用于PCD层3而产生缺损。
并且，尤其在本实施方式中，上述PCD层3的厚度W3在刃带部7的宽度W7的1/3倍～1倍的范围内被设为恒定的厚度W3，即在PCD层3上不会产生从该厚度W3较厚的部分向较薄的部分位移的部位。从而，在这些部位不会集中因上述负载而产生的应力，也能够防止通过这种应力的集中在PCD层3上产生龟裂而引起缺损。
而且，在本实施方式中，该恒定的PCD层3的厚度W3被设为刃带部7的宽度W7的1/2倍，从而在刃带部7上，由其厚度W7的1/2倍的硬质合金构成的母材部分残留在PCD层3的工具旋转方向T后方侧。因此，尤其在切削刃5的外周端周边作用于PCD层3的负载也能够通过该母材部分而可靠地得到缓和，并能够在切削刃5的总长度上抑制PCD层3的缺损。另外，严格来讲，PCD层3的厚度W3也可以不恒定，但为了可靠地发挥这种效果，优选将PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差设在刃带部7的宽度W7的2/5倍以下的范围内。
接着，图3及图4表示本发明的带PCD烧结体的旋转切削工具的第2实施方式，该第2实施方式也是与第1实施方式相同的双刃螺旋钻头，对于与图1及图2所示的第1实施方式通用的部分标注相同的符号而简化说明。即，在第1实施方式中，从轴线O方向前端侧观察时，切削刃5从工具主体1的外周端向内周侧呈直线状延伸之后，与凸曲线状的修磨刃5A相连并朝向轴线O侧，与此相对，在该第2实施方式中，切削刃5从外周端到修磨刃5A之间呈凹凸的曲线状。
更具体而言，关于该第2实施方式中的切削刃5，在从轴线O方向前端侧观察的主视图中，如图3所示，从工具主体1内周侧的轴线O附近朝向外周侧，修磨刃5A大致呈直线状延伸之后，呈向钻头旋转方向T凸出的凸状，接着，从该呈凸状的部分呈凹曲线状地稍微向钻头旋转方向T后方侧凹陷之后，再次描绘出向钻头旋转方向T凸出的凸曲线而直至外周端呈凹凸曲线状。从而，在与前端后刀面6的交叉棱线部形成有这种切削刃5的上述前刀面4至少在切削刃5的附近同样也呈向钻头旋转方向T凹凸的凹凸曲面状。
而且，在该第2实施方式中也同样，在轴线O方向上从工具主体1的前端侧进行观察时，在呈这种凹凸曲面状的前刀面4上配设的PCD层3，其厚度W3被设在刃带部7的宽度W7的1/3倍～1倍的范围，进而，如图3所示，维持恒定的厚度W3沿切削刃5延伸。并且，从该轴线O方向前端侧观察时的PCD层3的厚度W3也被设为刃带部7的宽度W7的大致1/2倍。
在这种第2实施方式中也与第1实施方式相同地，PCD层3的厚度W3被设在刃带部7的宽度W7的1/3倍～1倍的范围，因此能够抑制磨损提前发展到由硬质合金构成的母材，并在形成有切削刃5的PCD层3上能够确保充分的耐缺损性，且长时间可以进行稳定的钻孔加工。并且，尤其PCD层3的厚度W3为恒定，因此，即使切削刃5及前刀面4如上述那样呈凹凸弯曲，也能够避免应力的集中。
另外，在这些第1实施方式、第2实施方式中，关于将本发明应用于切削刃5仅在前刀面4的工具主体1前端侧的边棱部形成的钻头的情况进行了说明，但例如图5、图6所示，本发明的带PCD烧结体的旋转切削工具也可以应用于如同立铣刀那样的旋转切削工具(旋削工具)，所述立铣刀中切削刃15在排屑槽12的朝向工具旋转方向T的壁面即前刀面14的工具主体11前端侧的边棱部形成有底刃15A，并且在工具主体外周侧的边棱部也具有与底刃连续形成的外周刃15B。在此，图5及图6是表示应用本发明的立铣刀的一例的图，图5是从轴线方向前端侧观察的主视图，图6是从图5中的箭头Z方向观察的侧视图。并且，图5、图6的立铣刀为在CFRP等的螺旋钻孔加工中使用的螺旋角为10度的六刃立铣刀。
在这种立铣刀中，工具主体11围绕轴线O进行旋转，且通常向与该轴线O交叉的方向被送出而对工件进行铣凸缘加工或铣槽加工。于是，在该情况下，在相对于上述轴线O的径向上从工具主体11的外周侧观察时，在与上述外周刃15B相连的刃带部17露出的PCD层13的厚度W13(是沿切削刃15的棱线的厚度，图示例中圆周方向的厚度相等)可以被设在该刃带部的宽度W17(最外周部的宽度)的1/3倍～1倍的范围。在此，与切削刃15的工具旋转方向T后方侧相连的部分被设为后刀面16，后刀面16上的不带后角的区域为刃带部17。并且，例如进行将由CFRP等构成的窗框形工件的框缘部的不必要部分进行切削的修整加工的立铣刀中，在上述前刀面的工具主体前端侧的边棱部也可以未形成有切削刃。
另外，在这种立铣刀中，与形成为在排屑槽2的工具旋转方向T的后方，如同第1实施方式、第2实施方式的位于以轴线O为中心的圆筒面上的刃带部17与外周刃15B相连的图5的立铣刀不同，例如后角为3°以下的第1外周后刀面形成为以较小的宽度与外周刃相连，并可以在其工具旋转方向T后方侧形成有后角比第1外周后刀面大的第2外周后刀面。从而，在这种情况下，将该第1外周后刀面在圆周方向的宽度设为刃带部的宽度，将在该第1外周后刀面露出的PCD层的厚度(圆周方向的宽度)设在1/3倍～1倍的范围即可。
在此，优选本发明的实施方式所涉及的PCD层含有75～95vol％的金刚石，且剩余部分为金属粘合剂(金属催化剂)。在金刚石的含量小于75vol％的情况下，根据工件有可能耐磨性会不充分，若超过95vol％，则根据工件有可能韧性会不充分。金刚石的含量更优选为80～92vol％，但并不限定于此。并且，作为金属粘合剂，优选使用Co、Ni及Fe中的任意一种或它们的组合。并且，为了调整PCD层的韧性，作为添加物也可以向金属粘合剂添加碳化物、氮化物及碳氮化物中的任意一种或它们的组合。
关于PCD层的硬度，优选在JIS Z 2251：2009(根据ISO 4545-1：2005、ISO 4545-4：2005)中规定的努氏硬度(Hk，将试验力设为500g负载的情况)为35GPa～44GPa。在PCD层的努氏硬度小于35GPa的情况下，根据工件有可能耐磨性不足而寿命变短，在超过44GPa的情况下，根据工件有可能韧性不足而容易产生崩刀。PCD层的努氏硬度更优选为38GPa～42GPa，但并不限定于此。
构成PCD层的金刚石的粒径优选为0.5μm～60μm。在金刚石粒径小于0.5μm的情况下，金刚石粒子容易异常晶粒生长。另一方面，在金刚石粒径超过60μm的情况下，例如，如Miess,D.,and G.Rai.“Fracture toughness and thermal resistance ofpolycrystalline diamond compacts,”Materials Science and Engineering:A209.1(1996):270-276.中所记载，已知未发现破坏韧性的提高。而且，在金刚石粒径超过60μm的情况下，不易将切削刃的刀尖设成锐边。金刚石粒径更优选为2μm～40μm，但并不限定于此。
为了将PCD层的金刚石粒径设为上述范围，在形成PCD层时，作为金刚石的原料粉末，优选使用平均粒径为0.5μm～1.5μm、2μm～4μm、10μm～20μm及20μm～40μm中的任意一种原料粉末。并且，例如在美国专利申请公开第5468268号说明书中所记载，也可以使用具备上述任意一种平均粒径的两种以上的原料粉末。
另外，关于本发明的实施方式所涉及的PCD层，除了与上述专利文献1相同的方法以外，也能够通过例如在美国专利申请公开第4762445号说明书、美国专利申请公开第4713286号说明书、美国专利申请公开第4627503号说明书、美国专利申请公开第5611251号说明书、美国专利申请公开第6132148号说明书等中记载的公知方法而形成。
实施例
接着，举出本发明的实施例来证实本发明的效果。
实施例1
在实施例1中，根据上述第1实施方式，以在第1前端后刀面6A露出的PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7：0.5mm为1/3倍、1/2倍、1倍的方式，分别制造多个在前刀面4的前端侧边棱部具有外周部呈直线状的切削刃5的双刃螺旋钻头，从中分别选择出如下的各三个双刃螺旋钻头：在通过显微镜进行测定，并以切削刃5的刀尖棱线为基准，在轴线O方向上从工具主体1的前端侧观察时，与该切削刃5垂直的方向的PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7在1/3倍～1倍的范围内，且厚度W3的最大值与最小值之差在宽度W7的2/5倍(0.2mm)以下的范围内。将这些作为实施例1-1～1-9。另外，作为PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/3倍的钻头(实施例1-1～1-3)而选出的钻头的PCD层3的厚度W3的最小值为0.17mm，最大值为0.26mm，同样地，PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍的钻头(实施例1-4～1-6)的最小值为0.22mm，最大值为0.35mm，PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1倍的钻头(实施例1-7～1-9)的最小值为0.36mm，最大值为0.48mm。并且，从以PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍的方式制造的钻头中，选出三个厚度W3的最小值为0.23mm、最大值为0.5mm、最大值与最小值之差比宽度W7的2/5倍(0.2mm)大的钻头。将这些设为实施例1-10～1-12。
并且，作为与此相对的比较例，还分别制造出各三个PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/4倍、3/2倍，且厚度W3的最大值与最小值之差在宽度W7的2/5倍(0.2mm)以下范围内的钻头、以及PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为3/2倍，且PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差超过宽度W7的2/5倍(0.2mm)而不均匀的钻头。将这些作为比较例1-1～1-9。另外，在PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍(0.2mm)以下，且以PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/4倍的方式制造的钻头(比较例1-1～1-3)中，PCD层3的厚度W3的最小值为0.10mm，最大值为0.23mm，同样地，在以成为3/2倍的方式制造的钻头(比较例1-4～1-6)中，最小值为0.70mm，最大值为0.83mm。另外，在PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差超过宽度W7的2/5倍(0.2mm)，且以PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为3/2倍的方式制造的钻头(比较例1-7～1-9)中，最小值为0.15mm，最大值为3.0mm。另外，关于各实施例1-1～1-12及比较例1-1～1-9，就PCD层3的厚度W3而言，测定出如下的厚度：即，从轴线方向前端侧使用实物显微镜观察PCD层3时，将PCD层3的沿从轴线O至外周端为止的切削刃棱线的长度进行五等分后的各点(共六点)上的、与切削刃棱线正交的方向上的PCD层3的厚度。对形成于两个切削刃5上的PCD层3进行测定后的共12点的PCD层3的厚度的平均值设为PCD层3的厚度W3。并且，用实物显微镜观察PCD层3的整体来确定PCD层3的厚度最小的点及最大的点，将这些点上的PCD层3的厚度分别设为PCD层厚度的最小值和最大值。将其结果在表1中示出。
而且，通过这些钻头对由层叠了CFRP与钛和铝的合金的复合材料构成的工件进行钻出贯穿孔的钻孔加工，测定出在切削刃5上产生缺损的时点，或者测定出直至在切削刃5的磨损宽度为0.2mm的时点为止的可加工的孔数。另外，这些钻头的直径均为10mm，PCD层3中金刚石粒径的平均粒径为10μm，Co含量为14vol％。并且，工件为将厚度为5mm的CFRP和厚度为10mm的Ti-6Al-4V合金进行层叠的工件，以切削速度为15m/min、进给速度为0.05mm/rev的湿式加工，从CFRP侧起以孔深分别为1mm的分级进给进行了钻孔加工。将其结果在下表1中示出。
[表1]
通过该表1的结果可知，首先，在比较例1-1～1-9中，在PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差超过宽度W7的2/5倍(0.2mm)的比较例1-7～1-9中，即使钻孔最多也只有14孔，因此在PCD层3上产生由应力集中引起的龟裂而提前达到寿命。并且，在PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍(0.2mm)以下，且PCD层3的厚度W3分别为刃带部7的宽度W7的1/4倍的比较例1-1～1-3和3/2倍的比较例1-4～1-6中，即使厚度W3的最大值与最小值之差在刃带部7的宽度W7的2/5倍以下的范围内，可加工的孔数最多也只有61孔，在形成于PCD层3上的切削刃5上产生缺损而导致达到寿命。
与此相对，可知在PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7在1/3倍～1倍的范围的实施例1-1～1-12的钻头中，即使为最少的实施例1-11中也可以进行69孔的加工。尤其，在以PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍(0.2mm)以下，且PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7成为1/3倍～1/2倍范围的方式制造的实施例1-1～1-6中，均可以进行大约100孔的加工，在1/2倍的实施例1-4～1-6中，与比较例1-1～1-6相比均可实现2倍以上的工具寿命的延长。
并且，在该实施例1中，从以PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7：0.5mm为1/2倍的方式制造的钻头中，使用厚度W3的最小值为0.21mm、最大值为0.46mm，且最大值与最小值之差大于宽度W7的2/5倍(0.2mm)的钻头，以与上述相同的条件进行了钻孔加工。其结果，即使为可加工的孔数为82孔，且同样以PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍的方式制造的钻头，与厚度W3的最大值与最小值之差在宽度W7的2/5倍以下范围的实施例1-4～1-6相比，也因显现PCD层3内的应力集中的影响而切削刃5容易缺损且工具寿命缩短，从而可加工孔数较少。同样地，即使在PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，且最大值与最小值之差大于宽度W7的2/5倍的实施例1-10～1-12中，与PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，且最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍以下范围的实施例1-4～1-6相比，可加工孔数也较少。另一方面，PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，因此与比较例1-1～1-9相比，可加工孔数增多。
实施例2
接着，作为实施例2，根据上述第2实施方式分别制造出各三个在前刀面4的前端侧边棱部具有外周部呈凹曲线状的切削刃5的双刃螺旋钻头，在这些双刃螺旋钻头中，与实施例1相同地，在第1前端后刀面6A露出的PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/3倍、1/2倍、1倍，且PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍以下。如表2所示，将这些设为实施例2-1～2-9。并且，还制造出三个下述双刃螺旋钻头(实施例2-10～2-12)，在这些双刃螺旋钻头中，PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，且PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差大于宽度W7的2/5倍。作为比较例，同样地也分别制造出各三个双刃螺旋钻头：这些双刃螺旋钻头的切削刃为与实施例2-1～2-12相同的切削刃5的形状，PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍以下，且PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/4倍的钻头(比较例2-1～比较例2-3)及为3/2倍的钻头(比较例2-4～比较例2-6)；以及PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差超过宽度W7的2/5倍，且PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为3/2倍的钻头(比较例2-7～比较例2-9)。另外，关于实施例2-1～2-12及比较例2-1～2-9，通过与实施例1相同的方法测定出PCD层3的厚度W3。将其结果在表2中示出。
而且，通过这些钻头，在实施例2中进行对仅由CFRP构成的厚度为10mm的工件钻出贯穿孔的钻孔加工，并测定出在切削刃5上产生缺损的时点，或者测定出直至切削刃5的磨损宽度为0.2mm的时点为止的可加工的孔数。这些实施例2-1～2-12及比较例2-1～比较例2-9的钻头的直径为10mm、刃带部7的宽度W7为0.9mm。并且，在该PCD层3中，金刚石粒径的平均粒径为3μm，与实施例1相比为微粒，Co含量为16vol％。并且，未以切削速度为350m/min、进给速度为0.1mm/rev的干式加工进行分级进给，而进行了钻孔加工。将该结果在下表2中示出。
[表2]
Figure GDA0001586709540000121
通过该表2的结果可知，依然是在比较例2-1～2-9中PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差超过宽度W7的2/5倍(0.36mm)的比较例2-7～2-9中，即使钻孔最多也不到100孔，由于因应力集中产生的PCD层3的龟裂而提前达到寿命。并且，在PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍(0.36mm)以下，且PCD层3的厚度W3分别为刃带部7的宽度W7的1/4倍的比较例2-1～2-3和3/2倍的比较例2-4～2-6中，可加工的孔数最多也为402孔，因切削刃的缺损而达到寿命。
与此相对，在PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7在1/3倍～1倍的范围，且最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍(0.36mm)以下的实施例2-1～2-9的钻头中，可进行最少为472孔、且接近500孔的孔加工。并且，与实施例1-1～1-6相同，在PCD层3的厚度W3的最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍(0.36mm)以下，且PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/3倍～1/2倍范围的实施例2-1～2-6中，与1倍的实施例2-7～2-9相比可进行更多的加工，尤其在1/2倍的实施例2-4～2-6中均超过600孔，可进一步实现工具寿命的延长。并且，在PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，且最大值与最小值之差大于宽度W7的2/5倍(0.36mm)的实施例2-10～2-12中，与PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，且最大值与最小值之差为宽度W7的2/5倍以下范围的实施例2-4～2-6相比，可加工孔数较少。另一方面，PCD层3的厚度W3相对于刃带部7的宽度W7为1/2倍，因此与比较例2-1～2-9相比，平均可加工孔数增多。
实施例3
另外，作为实施例3，分别制造出各三个将本发明应用于上述立铣刀中的钻头，这些钻刀中，在刃带部(第1外周后刀面)露出的PCD层13的圆周方向的厚度W13相对于刃带部17的圆周方向的宽度W17为1/3倍、1/2倍、1倍，且PCD层13的厚度W13的最大值与最小值之差为宽度W17的2/5倍以下。如表3所示，将这些设为实施例3-1～3-9。并且，还制造出如下三个钻头：PCD层13的厚度W13相对于刃带部17的宽度W17为1/2倍，且PCD层13的厚度W13的最大值与最小值之差大于宽度W17的2/5倍(实施例3-10～3-12)。作为与此相对的比较例还分别制造出如下各三个钻头：PCD层的厚度W13的最大值与最小值之差为宽度W17的2/5以下，且在刃带部(第1外周后刀面)露出的PCD层的圆周方向的厚度W13相对于刃带部17的圆周方向的宽度W17为1/4倍的钻头(比较例3-1～3-3)及为3/2倍的钻头(比较例3-4～3-6)；以及PCD层13的厚度W13的最大值与最小值之差超过宽度W17的2/5，且在刃带部17(第1外周后刀面)露出的PCD层13的圆周方向的厚度W13相对于刃带部17的圆周方向的宽度W17为3/2倍的钻头(比较例3-7～3-9)。另外，关于实施例3-1～3-12及比较例3-1～3-9，测定出如下的PCD层13的厚度：即，从轴线方向前端侧用实物显微镜来观察PCD层13时，将PCD层13的沿从轴线O侧的内周端到外周端为止的切削刃棱线的长度进行五等分后的各点(共六点)上的、与切削刃棱线正交的方向上的PCD层13的厚度。将对形成于四个切削刃15上的PCD层13进行测定后的共24点的PCD层13的厚度的平均值设为PCD层13的厚度W13。并且，用实物显微镜观察PCD层13整体而确定PCD层13的厚度为最小的点及最大的点，将这些点上的PCD层的厚度分别作为PCD层厚度的最小值和最大值。将其结果在表3中示出。
而且，通过这些立铣刀进行将仅由CFRP构成的厚度为20mm的窗框形的工件的框缘部的不必要部分进行切削的修整加工，并测定出在切削刃(外周刃)产生缺损的时点，或者测定出直至切削刃(外周刃)的磨损宽度为0.2mm的时点为止的可加工的切削长度。另外，这些立铣刀均为直径为10mm、刃带部7的宽度为0.7mm的四刃方形立铣刀，PCD层为金刚石粒径的平均粒径为3μm且与实施例2相同的微粒，Co含量为16vol％。并且是加工条件为切削速度200m/min、进给速度700mm/min、切入量5mm的干式加工。将该结果在下表3中示出。
[表3]
Figure GDA0001586709540000141
通过该表3的结果可知，在比较例3-1～3-9中，在PCD层13的厚度W13的最大值与最小值之差超过刃带部17的宽度W17的2/5(0.28mm)的比较例3-7～3-9中，依然是在PCD层13上产生由应力集中引起的龟裂，切削长度最长也为11m而导致达到寿命。并且，在PCD层13的厚度W13的最大值与最小值之差为宽度W17的2/5倍(0.28mm)以下，且PCD层13的厚度W13分别为刃带部17的宽度W17的1/4倍的比较例3-1～3-3和3/2倍的比较例3-4～3-6中，切削长度也只到13m左右，由于形成于PCD层上的外周刃的缺损而达到寿命。
与此相对，在PCD层13的厚度W13的最大值与最小值之差为宽度W17的2/5倍(0.28mm)以下，且PCD层13的厚度W13相对于刃带部17的宽度W17为1/3倍～1倍范围的实施例3-1～3-9的立铣刀中，即使在最短切削长度的实施例3-7、3-9中，也可以进行切削长度为18m的加工，在1/3倍的实施例3-1～3-3中，即使在最短切削长度的实施例3-3中，也可以得到超过19m的切削长度，尤其在PCD层13的厚度W13为刃带部17的宽度W17的1/2倍的实施例3-4～3-6中，均可以得到超过20m的切削长度。并且，在PCD层13的厚度W13相对于刃带部17的宽度W17为1/2倍，且最大值与最小值之差大于宽度W17的2/5倍(0.28mm)的实施例3-10～3-12中，与PCD层13的厚度W13相对于刃带部17的宽度W17为1/2倍，且最大值与最小值之差在宽度W17的2/5倍以下范围的实施例3-4～3-6相比，可加工切削长度变短。另一方面，由于PCD层13的厚度W13相对于刃带部17的宽度W17为1/2倍，因此与比较例3-1～3-9相比，平均可加工切削长度增多。
通过这些实施例1～3的结果可知，PCD层的厚度相对于刃带部的宽度在1/3倍～1倍的范围内，尤其在1/3倍～1/2倍范围的钻刀的耐缺损性优异。并且可知若PCD层的厚度的最大值与最小值之差在刃带部的宽度的2/5倍以下的范围内，则耐缺损性进一步优异。
并且，通过实施例1和实施例2、3的结果可知，在工件为CFRP-Ti和CFRP-Al这种难切削材料彼此的复合材料的情况下，PCD层的金刚石粒径优选为粗粒，在CFRP和GFRP这种纤维增强塑料类工件的情况下优选为微粒。
产业上的可利用性
本发明的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具能够抑制磨损的进行提前传递到由硬质合金构成的母材，且在形成有切削刃的PCD层上能够确保充分的耐缺损性，因此适合于CFRP和其复合材料的切削。
符号说明
1 工具主体
2 排屑槽
3 PCD层(聚晶金刚石层)
4 前刀面
5 切削刃
5A 修磨刃
6 前端后刀面
6A 第1前端后刀面
6B 第2前端后刀面
7 刃带部
O 工具主体1的轴线
T 工具旋转方向
W3 PCD层3的厚度
W7 刃带部7的宽度

Claims (9)

1.一种带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，在将围绕轴线旋转的硬质合金作为母材的工具主体的前端部形成有排屑槽，在该排屑槽的朝向工具旋转方向的壁面，由聚晶金刚石烧结体构成的聚晶金刚石层与上述母材一体被烧结而配设，在该聚晶金刚石层上形成有将上述壁面作为前刀面的切削刃，所述带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具的特征在于，
在上述工具主体的前端部外周形成有与上述排屑槽的工具旋转方向后方相连的刃带部，并且上述切削刃形成于上述前刀面的工具主体前端侧的边棱部，在该切削刃的内周侧形成有朝向上述轴线侧的修磨刃，从上述轴线至上述切削刃的外周端配设有上述聚晶金刚石层，在上述轴线方向上，从上述工具主体的前端侧观察时，上述聚晶金刚石层的厚度被设在上述刃带部的宽度的1/3倍～1倍的范围，
在上述工具主体的前端面上设置有与上述切削刃的上述工具旋转方向后方相连的前端后刀面，
上述聚晶金刚石层的表面分别与上述刃带部的外周面、上述前端后刀面和上述壁面无高度差且光滑地连接成同一面，
上述聚晶金刚石层的厚度沿上述切削刃增减，其中上述聚晶金刚石层的厚度的最大值与最小值之差设在上述刃带部的宽度的2/5倍以下的范围内。
2.根据权利要求1所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具为钻头。
3.根据权利要求1所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层含有75～95vol％的金刚石。
4.根据权利要求1所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层中的金刚石粒径为0.5～60μm。
5.根据权利要求3所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层中的金刚石粒径为0.5～60μm。
6.根据权利要求1所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层的努氏硬度为35～44GPa。
7.根据权利要求3所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层的努氏硬度为35～44GPa。
8.根据权利要求4所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层的努氏硬度为35～44GPa。
9.根据权利要求5所述的带聚晶金刚石烧结体的旋转切削工具，其特征在于，
上述聚晶金刚石层的努氏硬度为35～44GPa。
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